CN102692902A - 基于有限元分析的传感数据监测方法及装置 - Google Patents

基于有限元分析的传感数据监测方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102692902A
CN102692902A CN2012101535705A CN201210153570A CN102692902A CN 102692902 A CN102692902 A CN 102692902A CN 2012101535705 A CN2012101535705 A CN 2012101535705A CN 201210153570 A CN201210153570 A CN 201210153570A CN 102692902 A CN102692902 A CN 102692902A
Authority
CN
China
Prior art keywords
finite element
data
analysis
sensing data
element analysis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012101535705A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102692902B (zh
Inventor
曹春耕
吴向平
杜新民
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI SENSORLEAD CO Ltd
Original Assignee
SHANGHAI SENSORLEAD CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI SENSORLEAD CO Ltd filed Critical SHANGHAI SENSORLEAD CO Ltd
Priority to CN201210153570.5A priority Critical patent/CN102692902B/zh
Publication of CN102692902A publication Critical patent/CN102692902A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102692902B publication Critical patent/CN102692902B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于有限元分析的传感数据监测方法及装置，该方法通过包括传感器、解调仪、上位机、用户端以及安装有有限元分析组件的数据分析中心组成的装置对实体工程结构进行实时监测，传感器采集到的结构数据经由解调仪、上位机保存到数据分析中心，当用户端发送查询请求时，数据分析中心读取结构数据并调用有限元分析组件进行分析，并将分析结果发送给用户端，完成查询。与现有技术相比，本发明具有成本低、检测全面、适用性高、可靠性高、方便快捷等优点。

Description

基于有限元分析的传感数据监测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种实体工程结构监测系统，尤其是涉及一种基于有限元分析的传感数据监测方法及装置。
背景技术
工程设施健康监测是近年来国际上的研究热点，国内也有越来越多的大型工程建筑安装了此类健康监测系统。一般来说，健康监测系统主要由数据采集系统，数据传输存储系统和评估分析系统组成，对建筑结构进行实时地健康与安全评估，达到安全预警的目标。
目前已有的健康监测系统中，一般都存在如下的不足和缺陷。
1，因为传感器(比如光纤光栅传感器)的价格昂贵，一般只会对重点部位设置进行监测，这样监测的只是局部点的状态
2，未设置传感器部位因为不能采集到数据，也就无从对这些部分进行健康评估分析
3，评估分析方法都是单独，独立的。只是适用于具体的某个工程结构，通过长期观测其数据进行经验分析，缺乏实用性研究和通用性
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于有限元分析的传感数据监测方法及装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于有限元分析的传感数据监测方法，该方法用于对实体工程结构进行实时监测，包括以下步骤：
1)解调仪采集由传感器生成的实体工程结构的传感数据；
2)解调仪向上位机发送步骤1)采集到的传感数据；
3)上位机将接收到的传感数据发送至安装有有限元分析组件的数据分析中心；
4)数据分析中心接收到传感数据，并存储于数据分析中心的数据库中；
5)用户端向数据分析中心发送查询请求；
6)数据分析中心从数据库读取对应的传感数据，并调用有限元分析组件进行有限元分析，得到有限元分析的结果；
7)数据分析中心将有限元分析的结果发送至用户端进行显示。
步骤3)中的上位机直接将传感数据发送至数据分析中心或者将传感数据进行筛选、封装后发送至数据分析中心。
所述的有限元分析组件包括实体工程结构有限元模型，该实体工程结构有限元模型为柔性有限元模型，根据实体工程结构进行构建，并通过传感数据进行模型修正、仿真和分析。
步骤6)中的有限元分析具体包括以下步骤：
A)根据实体工程结构构造有限元分析模型并进行网格划分；
B)根据对应的实体工程结构有限元模型的参数和传感器采集到的传感数据在构造完成的有限元分析模型上进行仿真；
C)根据步骤B)仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据对进行对比；
D)根据对比的差异对实体工程结构有限元模型的参数进行修正，并更新模型；
E)将更新后的实体工程结构有限元模型重复步骤B)～步骤D)的过程，直至仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据之间的差异小于阈值。
发送至用户端的有限元分析的结果通过图表或曲线的方式进行显示。
由传感器生成的实体工程结构的传感数据包括实体工程结构的荷载、约束条件、边界条件、内部应力、构件关联、整体形变和局部形变。
所述的传感数据的类型为实时数据、延时数据、静态数据或近似数据。
一种用于实施上述方法的基于有限元分析的传感数据监测装置，包括传感器、解调仪、上位机、用户端以及安装有有限元分析组件的数据分析中心，所述的传感器设有多个，设置在需要监测的实体工程结构上，并且连接解调仪，所述的解调仪连接上位机，上位机连接数据分析中心，所述的用户端设有多个，均与数据分析中心连接。
所述的上位机通过高速光纤、电缆或无线GPRS中的一种或多种方式连接数据分析中心。
所述的数据分析中心和用户端之间采用B/S构架或C/S构架。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1，成本低：只要合理布局传感器的位置，就能检测到几乎整个检测物的健康状态，减少了不必要的传感器数量。
2，检测全面：由于采用有限元分析的方法，不只是设置了传感器的部位可以得到分析结果，其它未设置传感器的部位可以根据有限元分析得到全面的分析结果。
3，适用性高：采用成熟的有限元分析组件，能提供大部分大型建筑(工程结构等)的分析模型，不再需要一段长时间的数据观测统计后得出一些经验方法，而是直接可以运用来得到分析结果。
4，可靠性高：正因为采用了有限元模型分析，能够检测到全部的健康状态，所以更能及时快速的了解当前状态，给决策者采取措施提供可靠的依据。
5，方便快捷：在查询监测时，不需要手工输入，能够自动取数据进行分析，这样更加快速的呈现分析结果。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种基于有限元分析的传感数据监测方法，该方法用于监测对建筑结构进行实时监测，本方法中的有限元分析基于结构的动力方程、名义模型和量测数据等形成一类约束优化问题来求逆影射问题的解，然后通过直接查验更新后的矩阵同原始矩阵的区别来发现、定位、并定量结构损伤，具体包括如图1所示的步骤：
S101：解调仪采集由传感器生成的实体工程结构的传感数据；
S102：解调仪向上位机发送步骤S101采集到的传感数据；
S103：上位机将接收到的传感数据发送至安装有有限元分析组件的数据分析中心；
S104：数据分析中心接收到传感数据，并存储于数据分析中心的数据库中；
S105：用户端向数据分析中心发送查询请求；
S106：数据分析中心从数据库读取对应的传感数据，并调用有限元分析组件进行有限元分析，得到有限元分析的结果；
S107：数据分析中心将有限元分析的结果发送至用户端进行显示。
其中，上位机可以直接将传感数据发送至数据分析中心或者将传感数据进行筛选、封装后发送至数据分析中心。
数据分析中心的有限元分析组件包括实体工程结构有限元模型，该实体工程结构有限元模型为柔性有限元模型，根据实体工程结构进行构建，并通过传感数据进行模型修正、仿真和分析。
由于，实体工程结构有限元模型为柔性有限元模型，因此S106中的有限元分析具体包括以下步骤：
A)根据实体工程结构构造有限元分析模型并进行网格划分；
B)根据对应的实体工程结构有限元模型的参数和传感器采集到的传感数据在构造完成的有限元分析模型上进行仿真；
C)根据步骤B)仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据对进行对比；
D)根据对比的差异对实体工程结构有限元模型的参数进行修正，并更新模型；
E)将更新后的实体工程结构有限元模型重复步骤B)～步骤D)的过程，直至仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据之间的差异小于阈值。
发送至用户端的有限元分析的结果通过图表或曲线的方式进行显示。
由传感器生成的实体工程结构的传感数据包括实体工程结构的荷载、约束条件、边界条件、内部应力、构件关联、整体形变和局部形变。
传感数据的类型为实时数据、延时数据、静态数据或近似数据。
上述方法通过如图2所示的一种基于有限元分析的监测装置来实现，包括传感器1、解调仪2、上位机3、用户端4以及安装有有限元分析组件31的数据分析中心5，传感器1可以根据具体的实体工程结构设置不同的数量，布设在需要监测的实体工程结构上的关键部分即可，每个传感器1均连接解调仪2，解调仪2连接上位机3，上位机3通过高速光纤、电缆或无线GPRS中的一种或多种方式连接数据分析中心5。用户端4可设置多个，数据分析中心4和用户端3之间的连接方式可以采用B/S构架或C/S构架，方便查询。
安装有有限元分析组件的数据分析中心5可以是小型、中型或大型服务器类计算机，也可以是PC机或专业计算机，也可以是工业计算机，也可以是多个计算机组合。安装有有限元分析组件的数据分析中心5可以和上位机3共享同一台计算机资源，解调仪2也可以和上位机3共享同一台计算机资源，具体设备都可以采用一台或多台计算机。
本方法的技术方案特点在于：
a.通过传感器的数据仿真整个建筑的结构，这些数据包括实时的和延时的结构数据。
b.通过网格化实体工程结构模型，并将传感器对应到网格化模型相应位置。
c.有限元分析的结构数据来源于实体工程结构，通过无线或有线方式传输数据到计算机。
d.能做到由点到面的分析检测。
e.实体工程结构没有布设传感器位置，通过有限元分析软件可以仿真出这些位置的传感数据，仿真出来的数据包括且不限于应变、挠度、位移、加速度、震动频率、震动幅度、温度、倾斜角度、应力、水压力、土压力、气体压力、声音、速度、辐射、湿度、气体中颗粒分布、液体中颗粒分布。
f.通过传感数据仿真分析全结构，包括线性分析、非线性分析和高度非线性分析。
g.可以通过有限的传感器单元，模拟出整体传感信息分布。
h.可以做切片分析。
i.计算结果可以通过彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
j.即使没有设置传感器的部位，也能通过附近四周的数据进行模型分析，获知当前的健康状态。
k.不需要手动输入数据，能自动从心中服务器读取数据，进行建模分析。
l.针对大部分建筑结构都有其对应的模型分析，提供给用户更快捷高效的分析结果。

Claims (10)

1.一种基于有限元分析的传感数据监测方法，该方法用于对实体工程结构进行实时监测，其特征在于，包括以下步骤：
1)解调仪采集由传感器生成的实体工程结构的传感数据；
2)解调仪向上位机发送步骤1)采集到的传感数据；
3)上位机将接收到的传感数据发送至安装有有限元分析组件的数据分析中心；
4)数据分析中心接收到传感数据，并存储于数据分析中心的数据库中；
5)用户端向数据分析中心发送查询请求；
6)数据分析中心从数据库读取对应的传感数据，并调用有限元分析组件进行有限元分析，得到有限元分析的结果；
7)数据分析中心将有限元分析的结果发送至用户端进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的传感数据监测方法，其特征在于，步骤3)中的上位机直接将传感数据发送至数据分析中心或者将传感数据进行筛选、封装后发送至数据分析中心。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的传感数据监测方法，其特征在于，所述的有限元分析组件包括实体工程结构有限元模型，该实体工程结构有限元模型为柔性有限元模型，根据实体工程结构进行构建，并通过传感数据进行模型修正、仿真和分析。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的传感数据监测方法，其特征在于，步骤6)中的有限元分析具体包括以下步骤：
A)根据实体工程结构构造有限元分析模型并进行网格划分；
B)根据对应的实体工程结构有限元模型的参数和传感器采集到的传感数据在构造完成的有限元分析模型上进行仿真；
C)根据步骤B)仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据对进行对比；
D)根据对比的差异对实体工程结构有限元模型的参数进行修正，并更新模型；
E)将更新后的实体工程结构有限元模型重复步骤B)～步骤D)的过程，直至仿真得到的有限元分析模型的数据和传感器采集到的传感器数据之间的差异小于阈值。
5.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的传感数据监测方法，其特征在于，发送至用户端的有限元分析的结果通过图表或曲线的方式进行显示。
6.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的传感数据监测方法，其特征在于，由传感器生成的实体工程结构的传感数据包括实体工程结构的荷载、约束条件、边界条件、内部应力、构件关联、整体形变和局部形变。
7.根据权利要求6所述的一种基于有限元分析的传感数据监测方法，其特征在于，所述的传感数据的类型为实时数据、延时数据、静态数据或近似数据。
8.一种用于实施如权利要求1所述方法的基于有限元分析的传感数据监测装置，其特征在于，包括传感器(1)、解调仪(2)、上位机(3)、用户端(4)以及安装有有限元分析组件的数据分析中心(5)，所述的传感器(1)设有多个，设置在需要监测的实体工程结构上，并且连接解调仪(2)，所述的解调仪(2)连接上位机(3)，上位机(3)连接数据分析中心(5)，所述的用户端(4)设有多个，均与数据分析中心(5)连接。
9.根据权利要求8所述的基于有限元分析的传感数据监测装置，其特征在于，所述的上位机(3)通过高速光纤、电缆或无线GPRS中的一种或多种方式连接数据分析中心(5)。
10.根据权利要求8所述的基于有限元分析的传感数据监测装置，其特征在于，所述的数据分析中心(5)和用户端(4)之间采用B/S构架或C/S构架。
CN201210153570.5A 2012-05-15 2012-05-15 基于有限元分析的传感数据监测方法及装置 Active CN102692902B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210153570.5A CN102692902B (zh) 2012-05-15 2012-05-15 基于有限元分析的传感数据监测方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210153570.5A CN102692902B (zh) 2012-05-15 2012-05-15 基于有限元分析的传感数据监测方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102692902A true CN102692902A (zh) 2012-09-26
CN102692902B CN102692902B (zh) 2017-12-19

Family

ID=46858441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210153570.5A Active CN102692902B (zh) 2012-05-15 2012-05-15 基于有限元分析的传感数据监测方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102692902B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015127961A1 (en) * 2014-02-25 2015-09-03 Sca Hygiene Products Ab Sensor data analysis for a plurality of users
CN105157590A (zh) * 2015-05-28 2015-12-16 张家港江苏科技大学产业技术研究院 一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统
CN106908101A (zh) * 2017-03-17 2017-06-30 塔里木大学 一种土木工程健康监测系统及方法
CN106932160A (zh) * 2017-03-15 2017-07-07 上海建为历保科技股份有限公司 古建筑受荷分析方法
CN115062393A (zh) * 2022-07-19 2022-09-16 北京云庐科技有限公司 一种桥梁施工监测方法、装置、电子设备及介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101509855A (zh) * 2009-03-17 2009-08-19 华东理工大学 一种高温管道损伤及寿命的在线预测方法
CN101956476A (zh) * 2010-10-21 2011-01-26 东南大学 一种基于动力特征的输电塔结构失效预警方法
CN102128725A (zh) * 2010-12-02 2011-07-20 李惠 用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的方法
KR20110108484A (ko) * 2010-03-29 2011-10-06 한국과학기술원 변형률 측정 센서를 이용한 구조물의 비틀림 측정 방법 및 시스템
CN102288401A (zh) * 2011-06-30 2011-12-21 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 一种石油井架承载能力的测试方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101509855A (zh) * 2009-03-17 2009-08-19 华东理工大学 一种高温管道损伤及寿命的在线预测方法
KR20110108484A (ko) * 2010-03-29 2011-10-06 한국과학기술원 변형률 측정 센서를 이용한 구조물의 비틀림 측정 방법 및 시스템
CN101956476A (zh) * 2010-10-21 2011-01-26 东南大学 一种基于动力特征的输电塔结构失效预警方法
CN102128725A (zh) * 2010-12-02 2011-07-20 李惠 用于大跨度空间结构健康监测与安全预警的方法
CN102288401A (zh) * 2011-06-30 2011-12-21 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司 一种石油井架承载能力的测试方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴晓菊: "结构有限元模型修正综述", 《特种结构》 *
李保明: "型钢混泥土转换桁架节点施工监控及非线性有限元分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ期》 *
陈梅林等: "GIS在大坝有限元分析成果可视化查询中的应用", 《长江科学院学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015127961A1 (en) * 2014-02-25 2015-09-03 Sca Hygiene Products Ab Sensor data analysis for a plurality of users
US10726149B2 (en) 2014-02-25 2020-07-28 Essity Hygiene And Health Aktiebolag Sensor data analysis for a plurality of users
CN105157590A (zh) * 2015-05-28 2015-12-16 张家港江苏科技大学产业技术研究院 一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统
CN105157590B (zh) * 2015-05-28 2018-03-27 张家港江苏科技大学产业技术研究院 一种基于三维激光扫描技术的建构物健康监测系统
CN106932160A (zh) * 2017-03-15 2017-07-07 上海建为历保科技股份有限公司 古建筑受荷分析方法
CN106908101A (zh) * 2017-03-17 2017-06-30 塔里木大学 一种土木工程健康监测系统及方法
CN115062393A (zh) * 2022-07-19 2022-09-16 北京云庐科技有限公司 一种桥梁施工监测方法、装置、电子设备及介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN102692902B (zh) 2017-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101221104B (zh) 基于分布式应变动态测试的结构健康监测方法
Yi et al. A new method for optimal selection of sensor location on a high-rise building using simplified finite element model
Cunha et al. Recent perspectives in dynamic testing and monitoring of bridges
Ni et al. Health checks through landmark bridges to sky-high structures
CN110263460A (zh) 一种基于bim的装配式4d模拟施工安全监测系统
CN103309325B (zh) 用于预应力钢结构的三维可视化动态监测系统及监测方法
CN102692902A (zh) 基于有限元分析的传感数据监测方法及装置
CN108376184A (zh) 一种桥梁健康监控的方法及系统
Rolfes et al. Integral SHM-system for offshore wind turbines using smart wireless sensors
CN102330645A (zh) 一种风电机组结构健康监测系统及其方法
CN103940903B (zh) 一种桁架结构节点损伤检测系统及其方法
CN106198218A (zh) 一种采用应变传感器的监测核级管道疲劳的方法
CN104019849A (zh) 压力钢管及伸缩节运行参数自动监测系统及其评价方法
KR20120114439A (ko) 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템
KR101406005B1 (ko) 스마트 구조물을 위한 멀티 센싱을 이용한 분산형 구조적 상태 평가 시스템
CN104198297A (zh) 一种农作物倒伏运动学分析系统及使用其的方法
CN102297784A (zh) 一种建筑结构物抗风安全性能的评价方法
CN103018793B (zh) 一种极端气象条件下的架线的云预警系统和方法
Mordini et al. The finite element model updating: a powerful tool for structural health monitoring
KR101097414B1 (ko) 배관진동 평가방법
CN104807661B (zh) 一种高层与高耸结构动力检测承载能力评价方法
Davila Delgado et al. Modelling, management, and visualisation of structural performance monitoring data on BIM
CN102998367B (zh) 一种基于虚拟派生结构的损伤识别方法
CN203982150U (zh) 用于预应力钢结构的三维可视化动态监测系统
CN103163148A (zh) 一种拉索断丝检测方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant